溶胶凝胶原理及技术.ppt

利用超声空化能量可以加速和控制化学反应、提高反应速率和引发新的化学反应等。所谓(超)声空化，是指液体中的气泡在(超)声场作用下所发生的一系列动力学过程：当足够强度的超声波通过液体时，一旦声波负压半周期的声压幅值超过内部静压强时，存在于液体中的微小气泡(空化核)就会迅速增大，而在相继而来的声波正压相中，气泡又被突然压缩，直到崩溃。即超声波的空化作用所产生的局部高温高压，将加速水分子的蒸发，减少了凝胶表面的吸附水分子，另外，超声空化作用所产生的冲击波和微射流具有粉碎作用，使形成的团聚体破碎，释放出所包含的水分子，从而有可能阻止氢键的形成，达到防止团聚的目的。第214页，共316页，星期日，2025年，2月5日与此同时，由于所得的凝胶密度增大，干燥时只有很小的收缩现象，因而干燥时也能达到防止团聚的效果。而超声波的机械搅拌作用有利于胶粒的充分分散。三、溶胶-凝胶法制备几种典型的陶瓷粉体（一）TiO2纳米粉体第215页，共316页，星期日，2025年，2月5日习题1.简述溶胶-凝胶法制备纳米粉体的种类及方法。2.简述溶胶-凝胶法制备粉体的基本工艺。3.溶胶-凝胶法制备纳米粉体时，影响溶胶-凝胶过程的因素有哪些？4.溶胶-凝胶法制备纳米粉体时，造成颗粒团聚的因素有哪些？5.溶胶-凝胶法制备纳米粉体时，如何防止粉体的团聚？6.请设计三种不同的制备纳米PbZrO3粉体的溶胶-凝胶工艺过程。7.如何去表征和评价溶胶-凝胶法制备的纳米粉体？8.简述溶胶-凝胶法制备纳米粉体工艺的优缺点。第216页，共316页，星期日，2025年，2月5日第七章溶胶-凝胶法制备有机-无机复合材料一、溶胶-凝胶法制备有机-无机复合材料的分类有机-无机复合材料也称为有机-无机杂化材料(Organic/inorganichy-bridmaterials，OIHMs)OIHMs可以简单定义成：既含有有机成分又含有无机成分，性质上兼有两种成分特性的固体材料。第217页，共316页，星期日，2025年，2月5日独特的优点：a、室温或略高于室温的温和的制备温度允许引入有机小分子、低聚物或高聚物而最终获得具有精细结构的有机/无机杂化材料；b、在溶胶阶段各组分以分子形式分散，所以获得的杂化材料通常是纳米复合材料，具有其它传统复合材料所不具备的性质；c、此外合成的材料还具有纯度高、组分计量比准确等特点。第218页，共316页，星期日，2025年，2月5日有机-无机杂化材料非催化材料光学材料磁性材料机械材料表面材料生物材料其它催化材料其它载体金属复合材料图9-1催化学科对OIHMs的分类情况第219页，共316页，星期日，2025年，2月5日（一）根据有机、无机两相材料的组成来划分，有机-无机复合材料大致可分为四种类型第一类：有机小分子或聚合物简单包埋于无机基质中，有机、无机两组分之间以弱键如范德华力、氢键或离子间作用力相连接，如大多数掺杂有机染料或酶等的凝胶。第二类：有机组分是通过化学键嫁接于无机网络中，而不是简单的包埋，此时两相间仍存在弱键。有机组分和无机组分之间以强的化学键(如共价键、离子-共价键)结合，有机改性硅酸盐(ORMOSILs)即属于此类。第三类：在第一类型中加入掺杂物(有机的或无机的)，掺杂组分嵌入到有机/无机杂化基质中。第四类：在第二类型中加入掺杂物(有机的或无机的)，掺杂组分嵌入到有机/无机杂化基质中。第220页，共316页，星期日，2025年，2月5日OOOIIII第一类DOOOIIIID第二类IIIIOODDO第三、四类O有机物；I无机物；D掺杂物实线代表化学键，虚线代表有机组份为聚合物图2有机无机杂化材料分类（根据有机、无机两相材料的组成来划分）第221页，共316页，星期日，2025年，2月5日（二）如果单纯根据有机相与无机相间的相互作用的类型来划分，Sol-Gel法合成的有机-无机杂化材料则可分成如下两大类第一类：两相间存在弱的次价力相互作用的杂化材料，如范德华力、氢键、静电作用或亲水疏水平衡；第二类：两相间存在强的化学键的杂化材料，包括共价键、离子键、配位键或离子－共价键。这类材料由于两相间存在化学键连接，故有效地抑制了宏观相分离，而易于获得纳米级分散的杂化材料。第222页，共316页，星期日，2025年，2月5日金属醇盐间发生反应时情况有两种：①只生成一种与要求产物相同配比的复合醇盐，水解、缩聚后将得到均一的凝胶。但要注意探索适宜的水解环境(例如控